分布式拉曼光纤温度传感系统性能提升方法研究

摘要

分布式拉曼光纤温度传感器具有温度检测范围大、抗电磁干扰能力强、可实时检测温度分布、结构简单和成本低廉等特点，可广泛应用于电力、石油、煤炭、航空和桥梁隧道等领域的温度实时检测。由于脉冲激光在光纤传输过程中会产生衰减，再加上光纤自发拉曼散射的强度很低的缘故，导致长距离拉曼温度传感系统中光纤的中后部产生的拉曼散射十分微弱，进而使其测温实时性、测温度精度、测温距离受到很大的制约。针对现有问题，本文对分布式拉曼光纤温度传感系统性能提升的方法进行了研究，主要包括以下两大方面的内容。
　　第一，结合拉曼放大技术，提出了一种新型的拉曼光纤测温系统。系统采用反向泵浦激光放大脉冲激光信号，补偿了脉冲激光在长距离传输过程中的损耗，提高了光纤后向拉曼散射光的信噪比。数值仿真结果表明，本文所提出的系统，在相同的测温时间下，测温精度是传统系统的六倍以上。在相同温度分辨率标准下，最大测温距离是传统测温系统的1.83倍以上。
　　第二，运用线性累加平均算法、小波变换算法和经验模态分析算法对测温系统进行去噪。针对传统经验模态分解去噪法用时长、去噪效果不理想的缺点，将平稳小波变换嵌入各个IMF进行去噪，提出了改良的结合小波变换的经验模态分解去噪法。为进一步说明算法的有效性，利用Matlab软件对以上去噪算法进行了仿真分析对比。结果表明，改良后的去噪法对系统后向反斯托克斯光的去噪效果得到了提高，且用时得到了缩短。

目录

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致谢

摘要

第一章 绪论

1．1 选题的背景和意义

1．2 国内外研究现状

1．3 论文的主要内容及创新点

第二章 分布式拉曼光纤温度传感的理论基础

2．1 系统的测温原理

2．1．1 拉曼散射的温敏特性

2．1．2 拉曼光时域反射原理

2．1．3 测温系统的数学模型

2．2 系统的结构及参数

2．3 测温系统解调方法

2．3．1 利用单一反斯托克斯光自解调

2．3．2 利用后向斯托克斯光对比解调

2．3．3 利用后向瑞利散射光对比解调

2．3．4 三种解调方法测温灵敏度对比

2．4 测温系统的噪声

2．4．1 测温系统的噪声分类

2．4．2 测温系统的信噪比提升方法

2．5 本章小结

第三章 结合拉曼放大技术的拉曼光纤测温系统

3．1 结合拉曼放大的RDTS系统结构

3．2 拉曼放大的原理及模型

3．3 结合拉曼放大技术的RDTS系统脉冲激光功率分布

3．4 结合拉曼放大的RDTS系统对测温分辨率的提高

3．5 结合拉曼放大技术的RDTS系统对测温距离的延展

3．6 本章小结

第四章 经验模态分解在ROTDR中的去噪研究

4．1 累加平均去噪法

4．2 小波变换的原理

4．2．1 连续小波变换

4．2．2 离散小波变换

4．3 阈值小波变换去噪

4．4 平稳小波变换去噪

4．5 仿真实验

4．6 EMD的原理

4．7 结合小波分析的经验模态分解去噪法

4．7．1 传统的结合小波分析的经验模态分解去噪法

4．7．2 改良的结合小波分析的经验模态分解去噪法

4．8 仿真实验

4．9 本章小结

第五章 总结与展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况